電力機車走行部軸承齒輪檢測裝置適應性改進

朱高嶺

(北京鐵路局 豐臺機務段, 北京 100071)

電力機車走行部軸承齒輪檢測裝置適應性改進

朱高嶺

(北京鐵路局 豐臺機務段, 北京 100071)

針對HXD3型機車的結構及軸承參數特點，對原有鐵路機車軸承齒輪故障地面診斷系統進行針對性的結構設計和改進，使得HXD3系列電力機車在不升弓條件下，能夠獨立頂升機車單組輪對、驅動輪對轉動，實現了HXD3系列電力機車走行部軸承的檢測。

電力機車； 軸承檢測； 裝置改進

為提高機車走行部的技術質量狀態，保證機車的運用安全，按照中國鐵路總公司和鐵路局對機車檢修工作的要求，必須對機車走行部軸承進行檢測。HXD3系列電力機車采用交流牽引電動機，機車走行部的軸箱、牽引電動機、抱軸箱軸承均采用進口軸承,機械傳動采用單邊斜齒方式傳動，其軸承設計和機械傳動模式與現有其他型號的電力機車有一定的差異，需要對既有鐵路機車軸承齒輪故障地面診斷系統進行適應性改進，才能滿足HXD3系列電力機車走行部軸承檢測的需求。

1 方案設計

1.1 現場調研

現場調研了HXD3系列電力機車的結構特點、走行部轉向架及軸承齒輪構架等技術性參數；了解HXD3系列電力機車近年來走行部軸承故障的原因；根據HXD3的特點以及檢測需求，進行了適應性改進整體方案設計。

1.2 總體方案

鐵路機車軸承齒輪故障地面診斷系統頂輪檢測裝置的基本原理如圖1所示。

圖1 軸承檢測系統結構

其中：機車輪對交流驅動電源裝置主要負責驅動機車交流牽引電機，推動輪對轉動，調節以獲得適合診斷條件的轉速；電動液壓輪對頂升裝置負責安全頂起機車單組輪對；檢測診斷系統主要負責機車軸承齒輪沖擊信號、轉速信號的采集，對故障沖擊信號進行分析及主動診斷，實現數據采集、數據瀏覽、沖擊校準、儀器自校、系統設置等功能；地面分析管理專家系統實現下載數據的導入、細化分析、趨勢跟蹤、系統管理等功能。

改進工作依據HXD3系列機車特點也分為電動液壓輪對頂升裝置、檢測診斷系統、機車輪對交流驅動電源裝置、地面分析管理專家系統4大部分。

2 方案實施

2.1 電動液壓頂升裝置

頂升裝置由液壓系統、車體、輔助件3大部分組成(如圖2)，采用單相交流電作為動力電源，是機車走行部檢測系統中配套的專用設備，可按需實現對軸箱軸承的安全頂升和單組輪對的頂升。在頂輪鎖緊油缸設計時，從結構上避免輪對轉動中由于液壓泄漏導致的輪軌磨耗等不安全因素。為適應現場環境，合理設定了裝置重心，便于單人推行，選用了丁醛橡膠車輪。

圖2 電動液壓頂升裝置

2.2 檢測診斷系統

通過對HXD3系列機車機械傳動結構及軸承參數的分析，原診斷模塊中的相關參數與判據已不能適用HXD3機車的正確診斷，因此須在主機軟件與地面軟件中對診斷模塊進行修改。

(1)主機軟件：主機軟件中測點位置與軸承類系列是一一對應的，即改變了測點位置，其軸承類系列也將改變?？紤]HXD3系列機車采用了不同電機、軸承的特殊性，需要通過軟件配置修改完成。主要修改更新內容如下：

①新增車系列代碼“6”來表征HXD3的特有結構與檢測方式。

②由于原主機軟件的運行環境是DOS系統，故數據量的增大帶來了程序內存空間不足問題。為此，采用“動態內存申請與釋放”技術，對DOS環境下的內存使用進行優化，解決程序內存不足而導致的溢出問題。

③對軸承參數、車系列庫配置參數、檢測設置參數等，使用面向對象的結構化編程手段，對變量的使用與配置文件的讀取方法進行有效優化，節省內存使用，提高程序的運用效率；

④對轉速測量、數據采集、診斷結果顯示子模塊，均需要進行適應性修改。

(2)地面軟件：在地面軟件中，除上述對診斷模塊需要進行相應修改外，還針對采樣數據量增大一倍所帶來的影響，在數據導入、數據庫設計與存貯、數據顯示等方面也同樣進行適應性修改。

2.3 機車輪對交流驅動電源裝置

驅動電源采用了變頻調速的設計，調速單元由變頻調速裝置+電氣控制+保護電路組成。通過控制按鈕及開關，控制內部變頻器的啟動，輸出、停止，同時提供電源裝置的狀態監控，報告各種指示燈以及監測儀表，實現HXD3系列機車大功率交流牽引電機在不升弓條件下的驅動和實現無級調速，并對輸出頻率、電壓、電流實施監控及故障保護。

2.4 地面分析管理專家系統

通過合適的模擬故障測試手段，進行該系列車型的故障模擬診斷，并通過實際現場數據的反饋，修正故障報警門限值，優化既有地面專家系統。

目前，可根據被檢測軸承的相關幾何參數和軸承轉速，計算出各種故障的信號特征，從而使故障診斷能夠準確到軸承的各個部位(保持架、外圈的內滾道、內圈的外滾道、滾子、油脂狀況等)，實現設備的自動判斷。

2.5 主機改進

根據HXD3系列機車的結構特點，對診斷主機進行了以下改進：

①轉速倍頻設計改進：結合HXD3系列機車的特性，原200 FN采樣頻率過小，已經無法滿足采樣需求。通過對原電路進行改進，更改為400 FN跟蹤采樣。

②AD采樣的改進設計：進行采樣時鐘控制及抗混時鐘控制，提升采樣頻率，加強對采集沖擊信息的處理。

③手動輸入控制，增加手動輸入時采樣時鐘和抗混時鐘的控制，改變原固定頻率輸出的方式，提高對HXD3系列高速軸承在手動輸入轉速條件下的信號處理。

2.6 磁吸式傳感器設計

設計新式磁吸式傳感器，提高傳感器抗干擾能力和沖擊靈敏度，減小組裝工藝的困難。該傳感器應用共振解調技術，具有電子諧振作用，只對故障沖擊信息敏感，具有比較好的信息選擇性。磁吸式壓電傳感器采用合理可靠的屏蔽和接地處理手段，提高傳感器系統的抗干擾能力；同時采用一體式的磁吸式底座，減少因添加其他墊座，導致信號傳遞過程中的衰弱，提升對信號提取采集的準確性。

3 應用試驗

3.1 測點選擇

測點要選擇在信息最佳傳遞的通道上(如圖3所示)，避免在非承載區、過氣縫、焊點等處選點。選擇好檢測點后，用鉸磨機在檢測點加工一個直徑不小于20 mm的平面，平面要盡可能平整，以防止信息的衰減。

3.2 通道設置

設置儀器所對應的8個測試通道是否使用(如圖4所示)及所接傳感器的測點位置。若設置錯誤將會導致錯診或漏診。測點位置與軸承類系列是一一對應的，即改變了測點位置，其軸承類系列也將改變。

3.3 系統運行

安置好傳感器，接通計算機、信號采集器，開啟電機驅動電源，通過相關的機車控制回路使電機得電驅動輪對運轉，車輪轉速達到40 km/h以上或更高且相對平穩后，再進入“數據采集”菜單采集數據，使受檢輪對進行檢測，直到檢測結束(如圖5所示)。該圖反映了3軸齒端電機軸承中有滾子端面與外環擋邊間隙消失的故障情況。

圖3 測點實例

圖4 系統通道位置設定

圖5 檢測數據顯示

3.4 試驗結果

經測試試驗，該裝置能夠完成對HXD3系列電力機車頂輪檢測的要求。首先，電動液壓輪對頂升裝置，實現了單組輪對的安全頂升；機車輪對交流驅動電源裝置，實現了HXD3系列機車大功率交流牽引電機在不升弓條件下的驅動。其次，檢測診斷系統有效采集各軸承位置的沖擊信號，對沖擊信號進行共振解調，綜合主動診斷，提示相應的診斷結論，能夠有效檢測走行部軸承的動態狀況。

4 結 論

目前豐臺機務段已成功檢測HXD3系列電力機車走行部軸承修程機車36臺，其中HXD3-0297機車在檢測時，曾發生3軸齒端電機位軸承出現多次一級報警，經拆檢后發現該位軸承滾子端面存在擦傷，工作人員及時進行了處理，使該臺機車在上線前消除了安全隱患，避免了事故發生。經實際運用證明，該檢測裝置能夠完成對HXD3系列機車走行部軸承的檢測。電動液壓輪對頂升裝置及相關卡具的應用，改變了原有頂輪采用手動千斤頂的方式，降低了現場工作者的勞動強度；主機軟件及地面分析系統采用專用微機下載分析數據，使界面簡潔實用，便于現場職工掌握。檢測診斷系統可對沖擊信號進行共振解調、提示相應診斷結論，對滿足現場實際應用需求，保證機車的運用安全創造了條件。

[1] 中國鐵路總公司.鐵路技術管理規程[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[2] 中華人民共和國鐵道部.電力機車段修技術規程[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

[3] 劉兆平.孫樹銘.科技查新報告[Z].鐵道部科學技術信息研究所，2011.

The Structure Design of the HXD3 Series Electric Locomotive Lifting Wheel Detection Device

ZHUGaoling

(Fengtai Locomotive Depot, Beijing Railway Bureau, Beijing 100071, China)

The structure and parameter of the bearing characteristics for HXD3 locomotive, the original railway locomotive bearing fault diagnosis system for the gear ground foundation, is put forward according to the improved structure and design, make HXD3 series electric locomotive without pantographing condition, can be independent lifting locomotive wheel set, the driving wheel set rotation, the realization of HXD3 locomotive bearing fault impact information collection, and then reach according to the existing locomotive maintenance detection related technical standards, complete detection for bearing of HXD3 series electric locomotive, to eliminate potential safety problems.

electric locomotive; detection device; structure design

1008-7842 (2015) 06-0120-03

)男，工程師(

2015-06-11)

U264.8.331+2

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.31